آستانه گذار فردریکز در بلورهای مایع نماتیک حاوی نانوذرات فروالکتریک

امروزه یکی از هدف های مهم در زمینه ی تحقیقات پیشرفته ی بلور مایع، بالا بردن کارایی بلورهای مایع با استفاده از روش های فیزیکی، بدون نیاز به سنتز شیمیایی جدید است. یکی از روش های ممکن برای رسیدن به این هدف، افزودن ذرات کلوئیدی با ابعاد نانو به عنوان ناخالصی به بلورهای مایع نماتیک است. به گونه ای که با افزودن ناخالصی، می توان خواص یک سامانه را به میزان زیادی تغییر داد و در جهت بهینه سازی هر چه بیشتر آن تلاش کرد. به دلیل اثرات منحصربه فرد و چشمگیر افزودن ناخالصی نانوذرات فروالکتریک به سامانه های بلور مایع نماتیک (به طور مثال افزایش دمای نماتیک به همسانگرد به میزان 5k، افزایش در ثابت دی الکتریکی موثر، کاهش آستانه ی ولتاژ گذار فردریکز و ...) نانوذرات فروالکتریک با ابعاد 100-10 نانومتر به عنوان ناخالصی انتخاب شده است تا کوچک بودن ابعاد این نانوذرات واپیچش کلی در سامانه به وجود نیاورد. ناهمسانگردی محیط بلورهای مایع نیز سبب می شود که با اعمال میدان خارجی در جهت های مختلف، واپیچش های مختلفی در سامانه به وقوع بپیوندد و در تیغه ی بلور مایع به ازای یک آستانه ی میدان، گذار فردریکز در آن رخ دهد. از طرفی دیگر شکل و قطبیدگی نانوذرات فروالکتریک نیز به دلیل تولید میدان الکتریکی القایی در تغییر آستانه ی میدان گذار فردریکز، موثر خواهد بود. به دلیل اهمیتی که در دانستن میدان آستانه ی گذار فردریکز در کارکرد ابزارهای الکترونیکی بلور مایع وجود دارد، لذا آستانه ی میدان گذار فردریکز (الکتریکی و مغناطیسی) در بلورهای مایع نماتیک خالص 5cb، به ازای شرایط مختلف چنگ زنی مولکول ها (همگن و هوموتروپیک) در واپیچش های مولکولی مختلف (پخ-خمش و پیچش) به صورت تحلیلی (تقریبی) و عددی (دقیق) به دست آورده شده، سپس میزان اعتبار این دو نسبت به هم ارزیابی شده است. نتایج نشان می دهد که بهینه ترین مورد برای صرفه جویی در انرژی، استفاده از لایه های هم راستا کننده ی مولکولی همگن با واپیچش مولکولی پیچش است. در فصل 4، نانوذرات فروالکتریک به عنوان ناخالصی به سامانه ی بلور مایع نماتیک خالص 5cb، اضافه شده است و نشان داده شده که با افزودن این نانوذرات، می توان دمای گذار فاز نماتیک به همسانگرد را بالا برد و به این طریق پایداری فاز بلور مایع نماتیک را افزایش داد. در فصل 5، نانوذرات فروالکتریک sn2p2s6 به عنوان ناخالصی به سامانه های بلور مایع نماتیک 5cb، افزوده شده و اثرات افزودن این نانوذرات بر بلور مایع نماتیک 5cb در واپیچش های مولکولی مختلف نشان داده شده و به مقایسه ی این نتایج با حالت خالص پرداخته شده است. نتایج نشان می دهد استفاده از این نانوذرات فروالکتریک به عنوان ناخالصی در سامانه های بلور مایع نماتیک 5cb، به دلیل ایجاد قطبیدگی، باعث کاهش آستانه ی ولتاژ گذار فردریکز در همه ی واپیچش های مولکولی ممکن، می گردد. بنابراین استفاده از این نانوذرات، برای ایجاد صرفه جویی انرژی در ابزارهای الکترونیکی بلور مایع نماتیک، بسیار مفید خواهد بود. آستانه ی ولتاژ گذار فردریکز در واپیچش های مولکولی پخ-خمش و پیچش در هر دو شرایط مرزی همگن و هوموتروپیک نیز به صورت تحلیلی استخراج شده اند و مولفه های عمود و موازی گذردهی دی الکتریکی در نانومعلق های فروالکتریک بلور مایع نماتیک، در شرایط واپیچش مولکولی پخ-خمش نیز استخراج شده است.